# Aimant samarium-cobalt

Un aimant samarium-cobalt est un type d'aimants permanents fait d'un alliage de samarium et de cobalt.
Les alliages samarium-cobalt (Sm-Co) font partie des grandes classes de matériaux pour aimants permanents aux côtés des alnicos, des ferrites durs et des Néodyme-Fer-Bore. Ces familles sont les plus couramment utilisées pour réaliser des aimants permanents. Ils ont néanmoins comme défauts majeurs des propriétés mécaniques médiocres : fragilité, dureté et caractère cassant. Ce sont les propriétés intrinsèques de ces alliages qui déterminent leurs propriétés magnétiques.

## Généralités

Les alliages à base de terres rares sont apparus dans le domaine des aimants permanents dans les années 1960. Les deux caractéristiques déterminantes qui ont poussé à s’intéresser à ces alliages sont leur grande densité volumique d’énergie ainsi que leur résistance supérieure à la désaimantation. Les deux familles les plus courantes sont Sm-Co, qui nous intéressent dans cet article et les Néodyme-Fer-Bore.
Le samarium et le cobalt forment un système binaire. Les composés définis de ce mélange binaire sont : $Sm_{2}Co_{7}$ (~78 % de Co), $SmCo_{5}$(~83 % de Co) et $Sm_{2}Co_{17}$ (~90 % de Co). En 2009, les composés obtenus dans l’industrie se cantonnaient à $SmCo_{5}$et $Sm_{2}Co_{17}$.

## Élaboration des alliages SmCo$_5$ et Sm$_2$Co$_{17}$

Deux procédés permettent d’obtenir ces deux composés :
* soit en deux étapes :
** coréduction des mélanges d’oxydes
** fusion sous vide
* soit directement par fusion sous vide du samarium et du cobalt.
L’alliage obtenu est ensuite broyé sous forme de poudre puis pressé sous champ magnétique avant d’être fritté à environ 1 100 °C dans un four à induction. Le frittage doit être réalisé sous atmosphère inerte ou sous-vide. En effet, le samarium étant très réactif à l’air à l’état de poudre, cette précaution qui rend le procédé coûteux est inévitable. Un palier de refroidissement à 850 °C permet d’avoir de meilleures propriétés magnétiques.

### Aimants liés

On peut mélanger les poudres à des résines thermodurcissables ou des thermoplastiques. Les propriétés magnétiques de l’aimant sont alors moins bonnes, mais il présente des propriétés mécaniques intéressantes.
L’alliage liquide produit à partir des poudres est projeté par une buse sur la surface d’une roue de cuivre refroidie. C’est le principe de l’hypertrempe. La vitesse de refroidissement est de l’ordre de 10$^{+6}$ K.s$^{-1}$. La vitesse de rotation est contrôlée pour éviter la formation d’une phase amorphe. Les rubans obtenus ont une épaisseur comprise entre 30 et 60 µm et peuvent ensuite être liés à des résines thermodurcissables ou thermoplastiques.

## Propriétés
### Propriétés magnétiques

Les principaux paramètres qui influencent les propriétés magnétiques de l’aimant sont sa composition chimique et sa fabrication : qu’il soit lié ou fritté change considérablement ses propriétés magnétiques.
Si l’on compare induction rémanente, champ coercitif de l’induction, champ coercitif de l’aimantation et énergie volumique des alliages frittés $SmCo_{5}$ et $Sm_{2}Co_{17}$ et les alliages liés il ressort que :
* les aimants frittés $SmCo_{5}$ ont les meilleurs champs coercitifs de l’induction et de l’aimantation ;
* les aimants frittés $Sm_{2}Co_{17}$ ont une induction rémanente ainsi qu’une énergie volumique plus élevées ;
* les aimants liés ont globalement des propriétés magnétiques médiocres avec notamment une énergie volumique bien plus basse ; on peut toutefois noter un champ coercitif de l’aimantation plus élevé que pour les aimants frittés $Sm_{2}Co_{17}$.

### Influence de la température

La température influence doublement ce type d’aimant : de manière réversible (propriétés intrinsèques du matériau ; chute de l’ordre de 0,05 %.K-1) et de manière irréversible (oxydation à l’air ; $SmCo_{5}$ perd 2 % après 100 h à 100 °C et 7 % pour $Sm_{2}Co_{17}$).
Le champ coercitif subit également l’influence de la température : une diminution de l’ordre de 0,2 %.K-1 est observée. On peut noter que le signe est opposé à la variation du champ coercitif dans le cas des ferrites.
$SmCo_{5}$ ne peut pas être utilisé au-delà de 250 °C à cause de sa réactivité chimique. $Sm_{2}Co_{17}$ jusqu’à 550 °C.

## Autres aimants à base de terre rare
### Alliages Dysprosium-aluminium

Ces alliages, de formule Dy$_3$Al$_2$, sont considérés comme les aimants les plus puissants à l'heure actuelle. Leur particularité réside dans le fait qu'ils ne sont coercitifs qu'à des températures extrêmement basses (inférieures à 20 K).
À 4,2 K, les propriétés magnétiques des alliages dysprosium-aluminium sont :
* induction rémanente : Br = 1,72 T ;
* champ coercitif de l'aimantation : HcJ = 1 600 kA m$^{–1}$ ;
* densité d'énergie volumique : (BH ) max = 570 kJ m$^{–3}$.